JPH09243475A

JPH09243475A - 補機トルク検出システム

Info

Publication number: JPH09243475A
Application number: JP5611696A
Authority: JP
Inventors: Hirohito Matsui; 啓仁松井; Mitsuo Inagaki; 稲垣　　光夫; Yasushi Yamanaka; 康司山中
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 1997-09-19
Anticipated expiration: 2016-03-13
Also published as: JP3594395B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触の計測手段を用いることにより、高い
測定精度や信頼性、耐久性を有する補機トルク検出シス
テムを提供すること。【解決手段】多くの補機にそれぞれ取り付けられたプ
ーリ２〜５等が、動力源である内燃機関１のクランク軸
２１のプーリ６（駆動軸プーリ）によって一連のベルト
７を介して同時に駆動されるようになっている。そし
て、駆動軸プーリ６の回転速度Ｗ１と、アイドラプーリ
１０の回転速度Ｗ２を検出し、その回転速度の比Ｗ１／
Ｗ２に基づいて演算手段によって補機トルク量を検出す
る。ベルトの弾性係数をＫ、駆動軸プーリ６の半径をＲ
１、アイドラプーリ１０の半径をＲ２とすると、補機の
負荷トルクＴｒｑは次の計算式によって求められる。Ｔｒｑ≒Ｒ１・Ｋ（（Ｒ１／Ｒ２）・（Ｗ１／Ｗ２）−
１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジンの
補機、例えば、エアコンディショナの圧縮機、パワース
テアリングの油圧ポンプ、オルタネータ、ラジエータ用
冷却ファン等の負荷トルクを検出するシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両に搭載された内燃機関に
おいては、その補機、例えば、空調装置の冷媒圧縮機、
パワーステアリングの油圧ポンプ、オルタネータ、ラジ
エータ用冷却ファン等を、機関のクランク軸に取り付け
られたクランク軸プーリによって一連のベルトを介して
同時に駆動するが、それらの補機の負荷トルク（補機ト
ルク）を正確に測定することができれば、アイドル回転
数をより高い精度をもって制御することができるので、
アイドル回転数を更に低く抑えることが可能になり、し
かも、オートマティック・トランスミッションの制御を
よりきめ細かなものとして、シフト・チェンジをより円
滑なものとすることができる。また、空調装置の冷媒圧
縮機が万一にもロックした場合にそれを検出して対応し
たり、パワーステアリングシステムにおいて、運転者に
よって無理な据え切りが行われた場合にそれを検出して
警告を発するというようなことも可能になる。

【０００３】従来、回転軸（駆動軸）によって伝達され
るトルク量を検出する一般的な方法としては、伝達され
るトルク量の大きさに応じて、トルクを伝達している回
転軸が弾性的に捻れるねじれ変形を起こすのを利用し
て、回転軸の一部に歪みゲージの電気抵抗値を計測し、
その変化から回転軸の微少なねじれ量を測定することに
より伝達されるトルク量を検出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、以下のような問題点が存在する。１．歪み量を測定するのに歪みゲージを用いるが、これ
は歪みゲージの貼り方により出力特性が大きく変化す
る。従って、一定のトルク量に対する測定値にばらつき
が生じやすいので計測精度が低い。２．文字通り回転している回転軸に歪みゲージを接着し
てから出力信号（電気信号）を外部へ取り出すものであ
るから、その信号を取り出すのに通電される電気回路に
はスリップリング等を用いる必要があり、それがシステ
ムの信頼性、耐久性を低下させている。

【０００５】本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、ベルトの弾性
変形（伸び）を利用し、補機の負荷トルク量を検出する
ことにより、アイドルスピードを低速にでき、オートマ
チックトランスミッションのシフトチェンジを円滑にで
き、エアコンディショナの圧縮機のロック検出やパワー
ステアリングのすえ切り検出も付加でき、更に、高い測
定精度や信頼性、耐久性を得ることのできる補機トルク
検出システムを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の手段を採用することができる。この手
段によると、駆動軸プーリ、少なくとも一個の補機プー
リ、少なくとも一個のアイドラプーリのうち、少なくと
も二個のプーリの回転速度を常時リアルタイムで計測
し、そのうち二つの回転速度の比を算出して該回転速度
比に応じた補機の負荷トルク量を算出することができ
る。そして、本発明の補機トルク検出システムは、エン
ジンへの取り付け方によって出力特性が変化することが
ない。また、計測手段はスリップリング等を使用しない
非接触の計測なので高い測定精度や信頼性、耐久性を得
ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図３に示すように、自動車に搭載
される内燃機関１においては各種の補機を駆動するため
のベルトプーリ、例えば、空調装置の冷媒圧縮機プーリ
２、パワーステアリングの油圧ポンプ用プーリ３、オル
タネータ即ち発電用プーリ４、ラジエータの冷却ファン
用プーリ５というような補機用の多くのプーリが、動力
源である内燃機関のクランク軸２１のプーリ６（一般的
に言えば駆動軸プーリ）によって一連のベルト７を介し
て同時に駆動されるようになっている。多くのプーリに
蛇行状に一本のベルト７を巻き掛けるためにアイドラプ
ーリが用いられる場合もあり、図３の例ではアイドラプ
ーリ８が用いられている他、ベルト７の張力が一定値に
なるように自動的に調整するオートテンショナ９も、一
個のアイドラプーリ１０を伴ってベルト７の最も緩み側
に設けられている。

【０００８】本発明の補機トルク検出システムは各プー
リに取付けることもできるが、図１及び図２に示す第１
の実施形態は、オートテンショナー９を利用した補機ト
ルク検出システムの機構を示したものである。オートテ
ンショナー９のアイドラプーリ１０の円環状内面１１に
は磁性体からなる多数の歯１２が等間隔に設けられる。
実際には、アイドラプーリ１０全体を磁性のある鋳鉄或
いは鋼材のような素材によって形成し、その円環状内面
１１に内歯車状に多数の歯１２を切削成形する。或い
は、アイドラプーリ１０を鋳造等の方法で型成形する場
合には、円環状内面１１の歯１２も同じ鋳型によって同
時に成形されるようにすると工程が簡単になって有利で
ある。

【０００９】オートテンショナー９のアーム１３は、そ
の基部１４が、図示しない軸によって限られた角度範囲
内で回動することができるように支持されており、やは
り図示していない発条或いは油圧シリンダのような付勢
手段によって、ベルト７を緊張させる回動方向に付勢さ
れている。また、アーム１３の自由端に一体的に取り付
けられた軸１５には軸受１６が設けられて、それによっ
てアイドラプーリ１０が回転自在に軸支されている。

【００１０】アーム１３に形成された突起１７には回転
数センサとしての電磁ピックアップ１８が取り付けられ
ており、電磁ピックアップ１８の先端（検出端）は磁性
体からなる多数の歯１２のいずれかに対して所定の間隙
を残して対向し得る位置に突出している。電磁ピックア
ップ１８は永久磁石又は磁気的にそれに接続している磁
性体のコア（その一端が検出端）にコイルを巻いたもの
であって、コイルの両端を可撓性のあるリード線１９，
２０によって直接に外部の固定端子へ接続するか、又
は、コイルの一端をアーム１３に接続すると共に、コイ
ルの他端を可撓性のある一本のリード線によって外部へ
引き出して外部の固定端子へ接続する。アーム１３の移
動（回動）範囲は狭い角度内に限られているから、従来
技術におけるスリップリングのような摺動機構を用いな
くても、このように可撓性のあるリード線の先端を直接
に対象の固定端子へ接続して出力信号を外部へ取り出す
ことができる。

【００１１】駆動側のプーリであるクランク軸２１のプ
ーリ６は張り側のベルト速度で回転し、従動側のプーリ
であるオートテンショナー９のアイドラプーリ１０は緩
み側のベルト速度で回転する。前述したように本発明の
補機トルク検出システムは各プーリに取り付けることも
できるが、該補機トルク検出システムの電磁ピックアッ
プ１８により該システムが取り付けられたプーリの回転
速度が検出される。そして、駆動側であるクランク軸２
１のプーリ６の回転速度をＷ１、従動側であるアイドラ
プーリ１０の回転速度をＷ２とする。

【００１２】次に、図１及び図２に示された本発明の第
１の実施形態の作動について、図３を参照しながら説明
する。図１において内燃機関１のクランク軸２１が回転
することによって、クランク軸プーリ６に対して一連の
ベルト７によって係合している空調装置の冷媒圧縮機用
プーリ２、パワーステアリングの油圧ポンプ用プーリ
３、発電機用プーリ４、冷却ファン用プーリ５、アイド
ラプーリ８、及びオートテンショナー９のアイドラプー
リ１０等は一斉に回転駆動されるが、これらの補機プー
リを駆動するためにクランク軸２１に作用するトルク
（補機トルク）は、クランク軸２１自体の回転速度Ｗ１
の変動に伴って変化するだけでなく、補機の中にはプー
リ２に連結された冷媒圧縮機のように断続運転されるも
のがあるために、補機トルクは一定ではあり得ず、内燃
機関１の運転中は常に変動していると言ってよい。

【００１３】そこで、変動する補機トルクを常時リアル
タイムで正確に検出することができれば、内燃機関１の
運転状態についてきめ細かな制御を行うことができる
が、本実施形態においては、クランク軸２１のプーリ６
に併設した電磁ピックアップ１８によって駆動側プーリ
の回転速度Ｗ１ばかりでなくオートテンショナー９に併
設した電磁ピックアップ１８によって従動側プーリであ
るアイドラプーリ１０の回転速度Ｗ２を常時リアルタイ
ムで検出している。

【００１４】従って、クランク軸プーリ６からベルト７
を介してオートテンショナーのアイドラプーリ１０が回
転駆動されると、アーム１３に対して固定されて実質的
に移動しない電磁ピックアップ１８の検出端の直前を、
磁性体からなる多数の歯１２が微小な時間間隔をおいて
間欠的に通過することになるので、その通過の前後にお
いて、電磁ピックアップ１８のコイルを通過している永
久磁石の磁束密度が急激に増減変化する結果、電磁ピッ
クアップ１８のコイルには電圧波形として略等間隔のピ
ークを有するパルス電流が発生する。このパルス電流が
回転速度Ｗ１，Ｗ２に対応する出力信号としてリード線
１９，２０等を介して直接に外部の固定端子へ取り出さ
れて、演算装置を備えた図示しない制御装置に入力され
る。

【００１５】制御装置においては、電磁ピックアップ１
８の出力信号であるパルス電流について単位時間当たり
のピークの数をカウントすることによって、クランク軸
２１のプーリ６の回転速度Ｗ１とオートテンショナーの
アイドラプーリ１０の回転速度Ｗ２を検知する。そこ
で、検出された回転速度Ｗ１及びＷ２によってクランク
軸プーリ６とアイドラプーリ１０との間の回転速度比Ｗ
１／Ｗ２を計算することによって補機トルクの大きさを
算定することができる。即ち、記号Ｗ１，Ｗ２，Ｋ，Ｒ
１，Ｒ２を、Ｗ１：クランク軸２１のプーリ６の回転速度Ｗ２：オートテンショナーのアイドラプーリ１０の回転
速度Ｋ：ベルトの弾性係数Ｒ１：駆動側であるプーリ６の半径Ｒ２：従動側であるアイドラプーリ１０の半径のように定義した場合、補機の負荷トルクＴｒｑは次の
計算式によって求められる。Ｔｒｑ≒Ｒ１・Ｋ（（Ｒ１／Ｒ２）・（Ｗ１／Ｗ２）−１）…（１）該（１）式から、負荷トルクＴｒｑと回転速度比Ｗ１／
Ｗ２は直線関係となることが判る。

【００１６】回転数Ｗ１及びＷ２を常時検出し、その出
力信号によって前述のような計算を電子式制御装置内の
演算装置によって自動的に行うようにすれば、補機トル
クの大きさを絶えずリアルタイムに高精度で検知して、
迅速に必要な対応措置を講じることができるようにな
る。

【００１７】第１の実施形態では回転数センサとして電
磁誘導式のピックアップ１８を使用したが、第２の実施
形態として回転数センサに光を使ったものを説明する。
図４及び図５において、２２は発光ダイオードのような
発光素子を、２３はフォトダイオードのような受光素子
を示している。発光素子２２と受光素子２３は、例えば
第１の実施形態におけるものと同様なオートテンショナ
ー９のアイドラプーリ１０の縁部において、対向するよ
うにアーム１３上に取り付けられる。そのために、発光
素子２２と受光素子２３のいずれか一方を支持する突起
２４のようなものをアーム１３と一体に形成してもよ
い。

【００１８】発光素子２２と受光素子２３の間にはアイ
ドラプーリ１０の縁部に環状に形成された回転スリット
２５が介入するように、発光素子２２と受光素子２３が
位置決めされる。回転スリット２５は、図５から明らか
なように、環状の板２６に光を透過する放射方向の細か
な開口２７を円周方向に見て等間隔に形成したものであ
って、アイドラプーリ１０のスカート部２８に直接に穿
孔形成してもよいが、回転スリット２５をアイドラプー
リ１０とは別体のものとして形成して、それをスカート
部２８に取り付けてもよい。また、受光素子２３の受光
面にはマスクとしての板状の固定スリット２９が固定さ
れており、固定スリット２９には幾つかの開口３０が形
成されている。

【００１９】本発明の第２の実施形態はこのように構成
されているので、オートテンショナーのアイドラプーリ
１０がベルト７によって駆動されて回転すると、回転ス
リット２５が共に回転し、発光素子２２の光軸が、回転
スリット２５の環状の板２６に形成された開口２７と、
固定スリット２９に形成された開口３０に合致した時だ
け、発光素子２２の発する光が受光素子２３に到達して
パルス電流が受光素子２３から出力される。従って、こ
れは第１の実施形態における電磁ピックアップ１８の出
力信号と同様に、アイドラプーリ１０の回転速度Ｗ２を
表すものであり、別に計測されるクランク軸２１の回転
速度Ｗ１と共に演算装置により処理されて、前記（１）
式よりクランク軸２１に作用する負荷トルクＴｒｑを知
ることができる。

【００２０】第２の実施形態においても、発光素子２２
及び受光素子２３はいずれも僅かな回動範囲のみにおい
て移動可能なアーム１３上に取り付けられているので、
発光素子２２の端子３１及び受光素子２３の端子３２に
一端が接続される可撓性のリード線の他端は、いずれも
スリップリングのような摺動部分を介することなく直接
に対象の端子に接続されるので、この場合もスリップリ
ングを用いることによる信頼性や耐久性の低下を招く恐
れがない。

【００２１】以上の説明では、スリップを含む回転数Ｗ
２を検出するための回転数センサとして、オートテンシ
ョナー９のアイドラプーリ１０に対して電磁ピックアッ
プ１８とか、それに代わる光センサを設ける例を挙げた
が、本発明においては、これらの回転数センサをオート
テンショナー９に設けることは必須の要件ではなく、ベ
ルト７のガイドとして設けられたアイドラプーリ８のよ
うに、実質的に負荷が作用していない他のプーリに回転
数センサを設けてもよい。また、本発明は、クランク軸
２１のプーリ６の回転速度と、ベルトの最も緩み側にあ
る補機プーリ４の回転速度を測定することにより補機類
全体の負荷トルク量を検出することができる。また、補
機プーリ６だけの負荷トルク量を測定したい場合には、
補機プーリ６の回転速度とその前の補機プーリ５の回転
速度を測定すれば前述した（１）式より補機プーリ６の
負荷トルク量を知ることができる。さらに、全体の補機
プーリの回転速度を測定すれば、個々の補機プーリの負
荷トルク量を検出することができる。また、車両の回転
駆動源は内燃機関に限らないことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の要部を示す断面図で
ある。

【図２】図１に示されたアイドラプーリの下面図であ
る。

【図３】実施形態の全体構成を示す正面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態の要部を示す断面図で
ある。

【図５】図６に示された回転数センサの要部の概念的斜
視図である。

【符号の説明】１…内燃機関２，３，４，５…補機プーリ６…クランク軸プーリ７…ベルト８…アイドラプーリ９…オートテンショナー１０…オートテンショナーのアイドラプーリ１１…円環状内面１２…磁性体からなる多数の歯１３…アーム１８…電磁ピックアップ１９，２０…リード線２１…クランク軸２２…発光素子２３…受光素子２５…回転スリット２９…固定スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山中康司愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動源と、補機を駆動するために前
記回転駆動源に取り付けられた駆動軸プーリと、少なくとも一個の補機に取り付けられた補機プーリと、少なくとも一個のアイドラプーリと、前記駆動軸プーリ、補機プーリ、及びアイドラプーリに
共通に巻き掛けられたベルトからなる補機駆動装置に使
用され、前記プーリのうち少なくとも二個のプーリの回転速度を
夫々計測する手段と、前記回転速度計測手段のうち二つの計測手段によって計
測された回転速度の比を算出し、該回転速度比に応じた
補機の負荷トルク量を算出する演算手段とを備えている
補機トルク検出システム。
【請求項２】前記回転駆動源が内燃機関である請求項
１に記載の補機トルク検出システム。
【請求項３】前記回転速度計測手段によって回転速度
を計測されるアイドラプーリがオートテンショナーに付
設されている請求項１又は２に記載の補機トルク検出シ
ステム。
【請求項４】前記回転速度検出手段が電磁ピックアッ
プを含んでいる請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
補機トルク検出システム。
【請求項５】前記回転速度検出手段が発光素子、受光
素子、及び回転するスリット板を含んでいる請求項１乃
至３のいずれか一つに記載の補機トルク検出システム。